Le cœur d'une machine (un micro-projecteur laser) : 8 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

Ce Instructable est le successeur spirituel d'une expérience antérieure où j'ai construit un ensemble de direction laser miroir à double axe à partir de pièces imprimées en 3D et de solénoïdes.

Cette fois, je voulais devenir minuscule et j'ai eu la chance de trouver des modules de guidage laser fabriqués dans le commerce dans un magasin de surplus scientifique en ligne. Ma conception a commencé à ressembler à un Dalek, alors j'ai couru avec l'idée et j'ai fait un bot inspiré de Dalek de deux pouces de haut qui vous tire des lasers.

Mais il n'essaie pas de vous exterminer, il vous envoie juste un peu d'amour de son cœur électromécanique !

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Étape 1: Quelque chose de petit de l'État du Texas

Le cœur de la machine est un module TALP1000B de Texas Instruments, qui est décrit comme un « miroir de pointage MEMS analogique à deux axes ». C'est tout à fait une bouchée, alors décomposons-la:

• Double axe: Cela signifie que l'appareil peut s'incliner dans l'axe horizontal et vertical.
• Analogique: L'inclinaison le long d'un axe est contrôlée par une tension analogique, variant de -5 à 5 volts.
• MEMS: Cela signifie Micro Electrical Mechanical System et cela signifie qu'il est très petit !
• Miroir de pointage: Au centre de l'appareil se trouve un miroir sur cardan; le miroir peut être pointé de quelques degrés dans chaque direction, ce qui lui permet de diriger le laser n'importe où dans un cône de quelques degrés.

Une navigation rapide dans la fiche technique montre qu'il s'agit d'une pièce sophistiquée. En plus de quatre bobines de direction, il y a un émetteur de lumière, quatre capteurs de position et un capteur de température. Bien que nous n'utilisions pas les capteurs, je partagerai plus tard de magnifiques photos d'un TALP1000B endommagé de près.

Le TALP1000B est abandonné, mais vous ne le trouvez pas, vous pouvez construire vous-même un miroir de pointage laser beaucoup plus grand en utilisant les plans que j'ai présentés dans mon précédent Instructable: les principes sont exactement les mêmes, mais vous auriez besoin de construire une vie -taille Dalek pour le loger !

Étape 2: Nomenclature

Voici la nomenclature de ce projet:

• Un Texas Instruments TALP1000B (abandonné)
• Un Arduino Nano
• Un pilote de moteur SparkFun - Double TB6612FNG (avec en-têtes)
• Une planche à pain
• Un potentiomètre (1kOhms)
• Quatre cavaliers de 2,54 mm à 2 mm
• En-têtes de 0,1" (2,54 mm)
• Imprimante 3D et filament
• Pointeur laser rouge

Le module TALPB est le plus difficile à trouver. J'ai eu de la chance et j'en ai acheté quelques-uns dans un magasin de surplus scientifique.

Vous pouvez toujours trouver un TALPB en ligne à des prix exorbitants, mais je ne recommande pas de dépenser beaucoup d'argent dessus pour les raisons suivantes:

• Ils sont ridiculement fragiles, vous en aurez peut-être besoin de plusieurs au cas où vous en casseriez.
• Ils ont une fréquence de résonance faible de 100 Hz, ce qui signifie que vous ne pouvez pas les conduire assez vite pour des spectacles laser sans scintillement.
• Ils ont une surface plaquée or, ce qui signifie qu'ils ne reflètent que les lasers rouges. Cela exclut l'utilisation de lasers verts super brillants ou de lasers violets avec des écrans phosphorescents pour la persistance.
• Bien que ces pièces aient des capteurs de position, je ne pense pas qu'un Arduino soit assez rapide pour les piloter avec une sorte de retour de position.

Mon opinion est que même si ces pièces sont incroyablement petites et précises, elles ne semblent pas assez pratiques pour les projets de loisirs. Je préférerais voir la communauté proposer de meilleurs designs DIY !

Étape 3: La fabrication du corps

J'ai modélisé le corps dans OpenSCAD et l'ai imprimé en 3D. Il s'agit d'un tronc de cône avec une ouverture sur le dessus, une fente à l'arrière pour insérer le module TALB1000P et un grand trou de lumière béant à l'avant.

Vous faites briller un laser par le haut et il est réfléchi à l'avant. Ce corps imprimé en 3D a non seulement l'air cool, mais il est également fonctionnel. Il garde tout aligné et abrite le module ridiculement fragile TALB1000P. J'ai ajouté des crêtes et des bosses pour faciliter la prise en main après avoir laissé tomber un premier prototype et détruit un module TALB1000P.

Étape 4: Les nombreuses façons de briser un cœur

Le TALP1000B est une pièce extrêmement fragile. Une chute courte ou une touche négligente détruira la pièce (la toucher accidentellement est la façon dont j'ai détruit mon deuxième module). Il est si fragile que je soupçonne même un regard fort de le tuer !

Si les dangers physiques ne suffisaient pas, la fiche technique énonce un danger supplémentaire:

Veillez à éviter les transitoires démarrage-arrêt lors du démarrage ou de l'arrêt de la tension d'entraînement sinusoïdale. Si l'on règle la puissance d'entraînement de 50 Hz sur une tension qui produit une grande rotation du miroir de 50 Hz (mouvement mécanique de 4 à 5 degrés), le miroir fonctionnera pendant plusieurs milliers d'heures sans problème. à un moment où la tension de sortie est importante, une étape de tension se produit qui excitera la résonance du miroir et peut entraîner des angles de rotation assez importants (suffisamment pour que le miroir heurte la carte de circuit en céramique qui sert d'arrêt de rotation). Il existe deux manières d'éviter cela: a) mettre sous tension ou hors tension uniquement lorsque la tension du variateur est proche de zéro (illustré dans le schéma ci-dessous), b) réduire l'amplitude du variateur sinusoïdal avant de mettre sous tension ou hors tension.

Donc, fondamentalement, même éteindre la fichue alimentation peut la détruire. Oh oui !

Étape 5: Le circuit du stimulateur cardiaque

Le circuit de pilotage que j'ai créé pour cela se compose d'un Arduino Nano et d'un pilote de moteur à double canal.

Bien que les pilotes de moteur soient conçus pour les moteurs, ils peuvent tout aussi facilement entraîner des bobines magnétiques. Lorsqu'elles sont connectées à une bobine magnétique, les fonctions avant et arrière du conducteur provoquent l'activation de la bobine dans les directions avant ou arrière.

Les bobines du TALP1000B nécessitent jusqu'à 60 mA pour fonctionner. C'est au-delà des 40mA maximum que l'Arduino peut fournir, l'utilisation d'un pilote est donc essentielle.

J'ai également ajouté un potentiomètre à ma conception et cela me permet de contrôler l'amplitude du signal de sortie. Cela me permet de réduire les tensions d'entraînement à zéro avant de mettre le circuit hors tension, pour éviter les résonances dont la fiche technique m'a mis en garde.

Étape 6: Un pilote qui ne fonctionnera pas… et un qui fonctionne

Pour vérifier que mon circuit produisait une forme d'onde lisse, j'ai écrit un programme de test pour produire une onde sinusoïdale sur l'axe X et un cosinus sur l'axe Y. J'ai branché chaque sortie de mon circuit de commande à une LED bipolaire en série avec une résistance de 220 ohms. Une LED bipolaire est un type spécial de LED à deux bornes qui brille d'une couleur lorsque le courant circule dans une direction et d'une autre couleur lorsque le courant circule dans la direction opposée.

Ce banc d'essai m'a permis d'observer les changements de couleur et de m'assurer qu'il n'y avait pas de changements rapides de couleur. Dès le départ, j'ai observé des éclairs brillants alors qu'une couleur s'estompait et avant que l'autre ne soit sur le point de s'estomper.

Le problème était que j'avais utilisé une puce L9110 comme pilote de moteur. Ce pilote a une broche de vitesse PWM et une broche de direction, mais le rapport cyclique du signal de commande de vitesse PWM dans le sens direct est l'inverse du rapport cyclique dans le sens inverse.

Pour sortir zéro lorsque le bit de direction est en avant, vous avez besoin d'un cycle de service PWM de 0 %; mais lorsque le bit de direction est inversé, vous avez besoin d'un rapport cyclique PWM de 100% pour une sortie de zéro. Cela signifie que pour que la sortie reste nulle pendant un changement de direction, vous devez changer à la fois la direction et la valeur PWM - cela ne peut pas se produire simultanément, donc quel que soit l'ordre dans lequel vous le faites, vous obtenez des pics de tension lors de la transition du négatif au positif à zéro.

Cela expliquait les flashs que j'avais vus et le circuit de test m'a probablement évité d'avoir détruit un autre module TALB1000B !

Un pilote de moteur SparkFun sauve la journée

Constatant que le L9110 n'était pas disponible, j'ai décidé d'évaluer le SparkFun Motor Driver - Dual TB6612FNG (que j'avais gagné dans un précédent Instructable ! Woot !).

Sur cette puce, un PWM sur la broche de contrôle de vitesse de 0% signifie que les sorties sont pilotées à 0%, quelle que soit la direction. Le TB6612FNG a deux broches de contrôle de direction qui doivent être retournées pour inverser la direction, mais avec la broche PWM à un rapport cyclique de zéro, il est sûr de le faire via un état intermédiaire dans lequel In1 et In2 sont à l'état HAUT. le conducteur dans un mode intermédiaire de "frein court" qui alimente les bobines de quelque manière que ce soit.

Avec le TB6612FNG, j'ai pu obtenir une transition de polarité en douceur au-delà de zéro sans aucun flash. Succès!

Étape 7: Exécution de l'esquisse Arduino et des tests de performances

Finaliste du concours d'optique